5G关键技术资料

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1、5G关键技术简述姓名：李艺超学号 2016210138目录目录2一、研究的背景及意义 3二、5G的演进路线及发展现状 4三、5G网络的优势及创新点 5四、5G的七大关键技术 51、非正交多址接入技术( Non-Orthogonal Multiple Access , NOMA ) 61.1 串行干扰删除(SIC)61.2 功率复用72、滤波组多载波技术(FBMC ) 83、毫米波( Millimeter Waves , mm Waves)93.1 毫米波小基站：增强高速环境下移动通信的使用体验 103.2 基于毫米波的移动通信回程104、大规模 MIMO 技术(3D/MassiveMIMO)

2、115、认知无线电技术 ( Cognitive radio spectrum sensing techniques ) 136、 超密度异构网络 ( ultra-dense Hetnets) 147、多技术载波聚合( multi-technology carrier aggregation ) 16五、5G未来前景17六、参考文献18一、研究的背景及意义自2009年5月27日瑞典电信运营商Telia宣布启用世界上第一个4 G (LTE: Long Term Evolution)试商用网络以来，4G网络的部署已 在全球全面开花。根据 GSA的最新报告，截至2014年第2季度，全球 111个国家已

3、经部署了 300多张LTE网络(其中41张为TD-LTE网络)， 用户总数达到2.45亿，市面上的LTE终端达1900款。2013年12月4 日，工信部正式向三大电信运营商发放 4G牌照，中国移动、中国联通、 中国电信均获得TD-LTE牌照。此举标志着中国这一世界上最大的移动 通信市场正式进入4G时代。在短短一年间，中国移动的 4G基站数达 到了 70万个，4G用户即将达到7000万。从统计数据来看，4G网络的 发展速度远超当年的3G网络，是移动通信史上发展速度最快的技术体 制，中国的加入将进一步刷新这一发展速度。有两个主要因素决定着面向下一代移动通信系统的技术研发工作需 要提上日程。一方面是

4、通信技术自身持续发展的需要：随着 4G标准的 全面商用，标志着以4G标准为目标的技术研发告一段落，而技术的发 展是不会止步的，持续不断的创新技术需要在下一代移动通信系统中体 现它的价值。另一方面是由持续增长的用户需求决定的：智能手机的高 速发展引发了互联网从固定桌面快速向移动终端转移的革命，并带来了无线数据流量的指数级增长。过去 5年中，中国移动的数据流量增长了 80多倍。同时物联网的引入及快速发展，不仅对无线通信网络的容量提 出了要求，更对无线通信网络能够提供的连接数有数量级的提高要求。 业界普遍预测，到2020年，移动通信网络的容量需求是目前网络的1000倍，连接数将是10100倍。201

5、2年年初，ITU 启动了名为 “IMT for 2020 and beyond”的项目， 目标瞄准下一代移动通信标准，并初步给出了时间规划。第一步会在两 到三年的时间内完成两份面向未来通信系统的建议稿，分别是 ITU-R M.IMT.VISION及 ITU-R M.IMT Future Technology Trend。基于此， 目前业界对下一代移动通信系统统一称为IMT-2020。世界各个国家和地区积极响应ITU的规划，制定了相应的科研规划及经费资助计划，组织企业、科研院校等进行科研攻关。部分早期的研究成果通过5G白皮书的形式发表，包括需求分析、应用场景研究及技术发展趋势判断等。二、5G的演

6、进路线及发展现状目前，4G已经进入规模商用阶段，5G是继4G后新一代的移动通 信技术，从移动通信发展现状以及技术、标准与产业的演进趋势来看， 未来5G移动通信技术的演进存在三条重要的演进路线，分别为以 LTE/LTE-Advanced为代表的蜂窝演进路线； WLAN演进路线和革命性 演进路线。首先，LTE/LTE-Advanced已经是事实上的全球统一的 4G标 准，并将会在5G阶段继续演进。在产业化方面，LTE在全球范围内的 商用化进程不断加快。标准化方面，3GPP R12版本的标准化工作正在 对小小区增强技术、新型多天线技术、终端直通技术、机器间通信等新 技术开展研究和标准化工作。随着更多

7、的先进技术融入到 LTE/LTE-Advanced技术标准中，给蜂窝移动通信带来了强大的生命力 和发展潜力。其次，无线局域网（WLAN ）是当今全球应用最为普及的宽带无 线接入技术之一，拥有良好的产业和用户基础，巨大的市场需求推动了 WLAN技术的发展，大量的非授权频段也给 WLAN技术提供了巨大的 发展空间。目前，IEEE已经启动了下一代 WLAN标准“High-efficiency WLAN”的研究，将进一步提升运营商业务能力，推动 WLAN技术与 蜂窝网络的融合。止匕外，我们还应当特别关注可能出现的革命性 5G技术。从蜂窝移 动通信的演进路线来看，每一代演进都有革命性技术出现，从2G的G

8、SM 到3G的CDMA ,再到4G的OFDM ,那么，5G是否会出现新一代的革 命性技术，而这种革命性技术是否需要与LTE演进采用不同的技术路线，进而产生新一代的空中接口技术，将成为我们重点关注的内容。从目前网络技术发展现状来看，4G是现阶段使用最多的技术，但 是整个业界已经开始了对 5G的研讨和研发，5G简单的来说是形成人 与物和物与物之间的高速连接，实现整个网络，终端，无线和业务的进 一步融合。5G可以说是人在感知方面的获取和控制能力更强，5G的服 务对象是将公众用户向行业用户拓展，网络也将更智能和更加的广泛。 从目前的研究现状来看，欧盟于2012年启动METIS项目，正式开始研 究5G技

9、术，现阶段METIS共有8个工作组进行相应横向课题研究， 目标是为建立5G移动和无线通信系统奠定基础，为未移动通信和无线 技术达成共识，目前已经在5G的概念和关键技术上获得了较为统一的 认识。韩国从2013年开始研发5G技术，成立了 5G Forum ,积极推动 6GHz以上频段为未来IMT频段，韩国计划以2020年实现该技术的商用为目标，全面研发5G移动通信核心技术。日本于2013年成立了 ARIB 研究所，开始正式对5G进行研究，计划在2020年东京奥运会上推出 5G服务，日本研究者认为5G代表着接入网容量增加1000倍，通过使 用大量高频频谱，再加上大规模MIMO技术来实现容量的增加，可

10、以说 未来5G将会是人们通信生活的核心。三、5G网络的优势及创新点第一，全新应用。5G网络的普及将使得包括虚拟现实和增强现实 这些技术成为主流。其中，增强现实可以将包括出行方向、产品价格或者对方名字等信息投 射在用户视野中，比如可以投射在汽车的前挡风玻璃上。虚拟现实则可 以在用户视野内创造出一个完全虚拟的场景， 而无论是虚拟现实还是增 强现实，都对数据获取速度有着极高的要求。第二，即时满足。4G网络下的最快下载速度大约是每秒 150MB, 但5G网络的最快下载速度则达到了每秒 10GB。换句话说，我们仅需4 秒钟就可以下载完银河护卫队，而 4G网络下则需要6分钟。第三，瞬时响应。除了可以在单位

11、时间内传输更多数据以外，5G 还可以大幅缩短数据开始传输前的等待时间。我们在4G网络观看视频前等待数秒并不是什么太大的问题，但如 果在自动驾驶汽车行驶时碰到数据延迟就完全不能接受了。具体来说， 就目前4G网络而言，该网络通常需要15-25毫秒的时间将数据传输给 可能发生碰撞的车辆，然后车辆才会开始紧急制动。但在未来的5G网络下，这一数据的传输时间将仅为1毫秒。四、5G的七大关键技术为什么需要5G?不是因为通信工程师们突然想改变世界，而炮制了一i个5G。是因为先有了需求，才有了 5G。什么需求？未来的网络将会面对：1000倍的数据容量增长，10到100倍的无线 设备连接，10到100倍的用户速率

12、需求，10倍长的电池续航时间需求 等等。坦白的讲，4G网络无法满足这些需求，所以5G就必须登场。但是，5G不是一次革命。5G是4G的延续，相信5G在核心网部分 不会有太大的变动，5G的关键技术集中在无线部分。虽然5G最终将采 用何种技术，目前还没有定论。本文收集了 7大关键技术，分别对这些 技术作简要介绍。1、非正交多址接入技术 (Non-Orthogonal Multiple Access , NOMA)NOMA不同于传统的正交传输，在发送端采用非正交发送，主动引 入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除技术实现正确解调。与正交传 输相比，接收机复杂度有所提升，但可以获得更高的频谱效率。非正交

13、传输的基本思想是利用复杂的接收机设计来换取更高的频谱效率，随着芯片处理能力的增强，将使非正交传输技术在实际系统中的应用成为可 能。NOMA的思想是，重拾3G时代的非正交多用户复用原理，并将之 融合于现在的4G OFDM技术之中。从2G, 3G到4G,多用户复用技术无非就是在时域、频域、码域上 做文章，而NOMA在OFDM的基础上增加了一个维度一一功率域。新 增这个功率域的目的是，利用每个用户不同的路径损耗来实现多用户复 用。如表1所不：3G3.9AGFRAUser multiplexingNon-orthogonal(CD(VIA)OrthogonalNcn-orthagonaSIC(NOMA

14、)withSignal waveformSingle carrierOFDM(or DFT-s-OFDM)OFDM(or DFT-s-OFDM)Link adaptation ImageFast Tl9CAMCAMC+Pc)wer allocati HiNon- by penorthogonal assi Mer controlF stedOr betthoi weeso nnalusersSuperp allocaticosition & po mf Fwer表1 3(；, 3.9G/4(；与FRA多址方式比较在NOMA中的关键技术：串行干扰删除、功率复用1.1 串行干扰删除(SIC)在发送

15、端，类似于CDMA系统，引入干扰信息可以获得更高 的频谱效率，但是同样也会遇到多址干扰(MAI)的问题。关于消除多址 干扰的问题，在研究第三代移动通信系统的过程中已经取得很多成果，串行干扰删除（SIC）也是其中之一。NOMA在接收端采用SIC接收机来 实现多用户检测。串行干扰消除技术的基本思想是采用逐级消除干扰策 略，在接收信号中对用户逐个进行判决，进行幅度恢复后，将该用户信 号产生的多址干扰从接收信号中减去，并对剩下的用户再次进行判决， 如此循环操作，直至消除所有的多址干扰。如图 1所示：x i gn.:i Fdccodinfl：RmiM stxr 图1下行链路中举行抗删除接收机采用去方案的示意图1.2 功率复用SIC在接收端消除多址干扰（MAI）,需要在接收信号中对用户进行 判决来排出消除干扰的用户的先后顺序， 而判决的依据就是用户信号功 率大小。基站在发送端会对不同的用户分配不同的信号功率，来获取系 统最大的性能增益，同时达到区分用户的目的，这就是功率复用技术。 发送端采用功率复用技术。不同于其他的多址方案，NOMA首次采用了功率域复用技术。功率复用技术在其他几种传统的多址方案没有被充 分利用，其不同